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Die
Erfindung betrifft Werkzeugmaschine zum Bearbeiten wenigstens eines
Werkstücks mit mindestens einem Werkzeug zur Bearbeitung
des Werkstücks und mit einem, insbesondere scheibenförmigen
Werkzeughalter, der wenigstens zwei, voneinander beabstandete Werkzeugaufnahmen
aufweist.
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Um
bei Werkzeugmaschinen zwischen verschiedenen Werkzeugen zur Bearbeitung
eines Werkstücks vergleichsweise schnell wechseln zu können,
sind aus dem Stand der Technik Werkzeughalter in der Art von Revolverscheiben
bekannt, die randseitig eine Vielzahl an Werkzeugaufnahmen aufweisen.
Damit kann je nach Bearbeitungsschritt mit einem Rotieren des Werkzeughalters
ein anderes Werkzeug in Eingriff mit dem Werkstück gebracht werden.
Nachteilig bei Werkzeughalter mit mehreren Werkzeugaufnahmen ist
jedoch, dass dieser vergleichsweise massiv gefertigt bzw. steif
ausgeführt werden muss, weil die je nach Werkzeug und Bearbeitungsschritt
auftretenden Bearbeitungskräfte vom Werkzeughalter aufzunehmen
und abzutragen sind. Der Reduktion der Steifigkeit des Werkzeughalters steht
jedoch die Forderung entgegen, das Werkzeug positionsgenau am Werkstück
halten bzw. gegenüber dem Werkstück führen
zu können, um damit eine hohe Bearbeitungsqualität
und/oder Oberflächenqualität des Werkstücks
schaffen zu können. Derartige Werkzeughalter sind daher
kostenintensiv zu fertigen und ermöglichen aufgrund deren
Trägheit außerdem keine hohen Verschubgeschwindigkeiten.
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Weiter
ist es aus der
US
2007/0101839 A1 bekannt, an einem Werkzeughalter mit einer
Werkzeugaufnahme einen Reibungsdämpfer vorzusehen, um damit
eine Schwingungsdämpfung am Werkzeughalter zu erreichen.
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Es
ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeughalter einer Werkzeugmaschine
der eingangs geschilderten Art derart zu verbessern, dass trotz
der mehreren Werkzeugaufnahmen auf einfache konstruktive Weise ein
vergleichsweise schlanker Werkzeughalter geschaffen werden kann,
der dennoch für jedes durch seine Werkzeugaufnahmen aufgenommene
Werkzeug eine vergleichsweise hohe Genauigkeit in der Bearbeitung
des Werkstücks gewährleisten kann.
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Die
Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich der Werkzeugmaschine
dadurch, dass der Werkzeughalter einen Reibungsdämpfer
aufweist, der am Werkzeughalter gegenüber den Werkzeugaufnahmen
derart befestigt ist, dass bei einer Relativbewegung des Werkzeughalters
gegenüber dem Reibungsdämpfer zwischen diesen
beiden eine Gleitreibung entsteht, um die beim Bearbeiten des Werkstücks
mit dem von der jeweiligen Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeug
entstehenden Relativbewegungen zu dämpfen.
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Weist
der Werkzeughalter einen Reibungsdämpfer auf, der am Werkzeughalter
gegenüber den Werkzeugaufnahmen derart befestigt ist, dass
bei einer Relativbewegung des Werkzeughalters gegenüber
dem Reibungsdämpfer zwischen diesen beiden eine Gleitreibung
entstehen kann, so kann bekanntermaßen damit ermöglicht
werden, dass den Relativbewegungen des Werkzeughaltes entgegengewirkt
wird, in dem der Reibungsdämpfer die Bewegungsenergie des
Werkzeughaltes in Reibungswärme umwandelt. Erfindungsgemäß können
jedoch damit zusätzlich für alle Werkzeuge in
den verschiedenen Werkzeugaufnahmen eventuelle Relativbewegungen
des Werkzeughaltes fern bzw. vermindert werden, weil durch die Anordnung
des Reibungsdämpfers die beim Bearbeiten des Werkstücks
mit dem von der jeweiligen Werkzeugaufnahme aufgenommenen Werkzeug
entstehenden Relativbewegungen gedämpft werden, die beispielsweise
durch eine Biegung und/oder Torsion des Werkzeughaltes entstehen
können. Im Gegensatz zum Stand der Technik können
daher selbst in der Steifigkeit geringe Werkzeughalter aufgrund
mehrerer Werkzeugaufnahmen für vergleichs weise genaue Bearbeitungsergebnisse
sorgen, was beispielsweise auch für diese Werkzeughalter
zu einer hohen Oberflächengüte und/oder Bearbeitungsqualität
führen kann. Erfindungsgemäß kann somit
ein Reibungsdämpfer für mehrere Werkzeugaufnahmen
bzw. Werkzeuge gemeinsam verwendet werden, wobei hinzu kommt, dass
der Reibungsdämpfer durch die Gleitreibung auch Relativbewegungen
in Form einer Schwingung dämpfen kann. Solche eine meist
mit einer Eigenfrequenz des schwingenden Systems behaftete Schwingung
führt insbesondere zu verschlechterten Bearbeitungsergebnissen,
insbesondere an der Oberfläche des Werkstücks,
was erfindungsgemäß ausgeschlossen werden kann.
Außerdem kann die vor der Gleitreibung bestehende Haftreibung
zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter genützt
werden, die Steifigkeit des Werkzeughalters zu erhöhen,
ohne den Werkzeughalter zusätzlich steifer ausführen
zu müssen. Im Gegensatz zum Stand der Technik kann daher
auf Grundlage des Reibungsdämpfers auf eine erhöhte
Steifigkeit des Werkzeughalters verzichtet werden, was nicht nur
zu schnellen Bearbeitungszeiten sondern auch zu einem vergleichsweise
schlanken und kostengünstigen Werkzeughalter mit mehreren
Werkzeugaufnahmen führen kann. Außerdem kann der
Reibungsdämpfer, wenn dieser am Werkzeughalters befestigt
ist, vorteilhaft dafür genützt werden, die Eigenfrequenz
des Werkzeughalters derart zu verschieben, dass die Bearbeitungskräfte
nicht mehr zu einer Anregung des Schwingkreises bzw. zu einer Relativbewegung
des Werkzeughalters führen können.
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Ist
der Reibungsdämpfer im Bereich zwischen den randseitigen
Werkzeugaufnahmen vorgesehen, dann kann der freigestellte Bereich
zwischen den Werkzeugaufnahmen zum Angreifen des Reibungsdämpfers
genützt werden, um so eine kreisringförmige Reibfläche
ausbilden zu können. Diese kreisringförmige Reibfläche
kann unter anderem für eine gleichmäßige
Reibungsdämpfung am Werkzeughalter sorgen.
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Ist
mit Hilfe von mittigen Befestigungsmitteln die Flächenpressung
zwischen dem Reibungsdämpfer und dem Werkzeughalter einstellbar,
dann kann der Reibungsdämpfer an die zu dämpfende
Relativbewegung angepasst werden. So kann beispielsweise die Flächenpressung
so gewählt werden, dass im Reibspalt einerseits noch eine
Relativbewegung zur Schwingungsdämpfung stattfindet kann,
jedoch andererseits die Dämpfung derart hoch ist, dass
mit minimaler Schwingungsamplitude am Werkzeughalter zu rechnen
ist.
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Ein
Einstellen der Flächenpressung kann erleichtert werden,
wenn die Befestigungsmittel mit mindestens einer Ausnehmung am Reibungsdämpfer
und/oder wenigstens einer Feder zwischen Reibungsdämpfer
und Werkzeughalter zusammenwirken.
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Es
ist außerdem die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur
Bearbeitung eines Werkstücks derart zu verbessern, dass
eine vergleichsweise hohe Genauigkeit in der Bearbeitung des Werkstücks
mit Hilfe eines Werkzeughalters gewährleistet werden kann,
der mehrere Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge aufweist.
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Die
Erfindung löst die gestellte Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens
dadurch, vor der Bearbeitung des Werkstücks ein Reibungsdämpfer
gegenüber den Werkzeugaufnahmen des Werkzeughalters angeordnet
und die Flächenpressung zwischen Reibungsdämpfer
und Werkzeughalter derart eingestellt wird, dass eine Relativbewegung
zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter möglich
wird, um so die durch das Bearbeiten des Werkstücks entstehende
Bewegungen des Werkzeughalters dämpfen zu können,
bevor diese auf die vom Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeuge wirken
können.
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Wird
vor der Bearbeitung des Werkstücks ein Reibungsdämpfer
gegenüber den Werkzeugaufnahmen des Werkzeughalters angeordnet,
dann kann mit Hilfe des Reibungsdämpfers die durch das
Bearbeiten des Werkstücks entstehende Be wegung des Werkzeughalters
gedämpft werden, wenn die Flächenpressung zwischen
Reibungsdämpfer und Werkzeughalter derart eingestellt wird,
dass eine Relativbewegung zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter
möglich wird, um so die durch das Bearbeiten des Werkstücks
entstehende Bewegungen des Werkzeughalters dämpfen zu können,
bevor diese auf die vom Werkzeughalter aufgenommenen Werkzeuge wirken
können. Derartige Bewegungen, die beispielsweise Eigenschwingungen
des Werkzeughalters darstellen können, sind so von den Werkzeugen
fern zu halten, in dem die Gleitreibung zwischen Werkzeughalter
und Reibungsdämpfer genützt wird, die Positionsgenauigkeit
des Werkzeugs am Werkstück zu verbessern. Es kann daher
gegenüber dem Stand der Technik bei der Bearbeitung des Werkstücks
mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit in der Bearbeitung gerechnet
werden, um damit eine vergleichsweise hohe Bearbeitungsqualität und/oder
Oberflächenqualität erreichen zu können. Außerdem
kann zur Verbesserung der Genauigkeit in der Bearbeitung auch die
Haftreibung, die vor der Relativbewegung mit der Gleitreibung zwischen
Reibungsdämpfer und Werkzeughalter wirkt, verwendet werden,
die Steifigkeit des Werkzeughalters und damit auch die Führungsgenauigkeit
der Werkzeuge am Werkstück zu erhöhen, was die
Erfindung gegenüber dem Stand der Technik zusätzlich
auszeichnen kann.
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Um
die Führungsgenauigkeit für die verschiedenen
Werkzeuge abstimmen zu können, kann vorgesehen sein, dass
die Flächenpressung zumindest teilweise über die,
zwischen dem Reibungsdämpfer und dem Werkzeughalter vorgesehene
Befestigungsmittel eingestellt wird.
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Zur
einfachen Einstellung der Flächenpressung kann wenigstens
eine Ausnehmung am Reibungsdämpfer und/oder wenigstens
eine Feder zwischen Reibungsdämpfer und Werkzeughalter
vorgesehen werden.
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In
den Figuren ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise anhand von
Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen
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1 eine
Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Werkzeughalter
der Werkzeugmaschine nach einer ersten Ausführungsform,
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2 ein
Schnitt nach II-II des nach 1 dargestellten
Werkzeughalters und
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3 eine
weitere Ausführungsform in einer abgerissenen Schnittansicht.
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Die
nach 2 nur teilweise dargestellte Werkzeugmaschine 1 weist
einen Werkzeughalter 2 und ein Werkstück 3 auf,
dass mit einem Werkzeug 4 bearbeitet werden kann. Der Werkzeughalter 2 ist
auf einer Achse 5 der Werkzeugmaschine 1 befestigt
und weist randseitig mehrere Werkzeugaufnahmen 6 auf, die
in der Art von Revolveraufnahmen nacheinander angeordnet sind. Beispielsweise
ist das Werkzeug 4 in solch eine Werkzeugaufnahme 6 eingesetzt.
Außerdem ist der Werkzeughalter 2 scheibenförmig ausgebildet,
wobei der Werkzeughalter 2 gegenüber dem Werkstück 3 verfahren
werden kann, um so beispielsweise das Werkzeug 4 an das
Werkstück 3 zur Bearbeitung heranführen
zu können. Durch den Eingriff des Werkzeugs 4 am
Werkstück 3 entstehen Kraftbelastungen auf den
Werkzeughalter 2, die zu Eigenschwingungen des Werkzeughalters 2 und
damit zu einer Beeinträchtigung des Bearbeitungsergebnisses
führen können. Um dennoch für eine äußerst
genaue Bearbeitung des Werkstücks 3 mit dem Werkzeug 4 sorgen
zu können, ist ein Reibungsdämpfer 7 vorgesehen,
der der Einfachheit halber am Werkzeughalter 2 befestigt
ist. Außerdem ist der Reibungsdämpfer 7 gegenüber
dem Werkzeughalter 2 derart vorgesehen, dass bei einer
Relativbewegung des Werkzeughalters 2 gegenüber
dem Reibungsdämpfer 7 und dem Werkzeughalter 2 zwischen
diesen beiden eine Gleitreibung entstehen kann. Zu diesem Zweck
weist der Reibungsdämpfer 7 mit dem Werkzeughalter 2 eine
Reibungsfläche 8 auf, anhand der Schwingungen
des Werkzeughalters 2 entgegengewirkt werden kann. Eine
besonders genaue und gegenüber unerwünschten Relativbewegungen
autarke Führung kann so hin für alle am Werkzeughalter 2 aufgenommenen
Werkzeuge 4 bzw. für alle Werk zeugaufnahmen 6 auf
einfache konstruktive Weise ermöglicht werden, was trotz
eines schlanken Werkzeughalters 2 für eine besondere
Oberflächengüte am Werkstück 3 sorgen
kann.
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Der
Reibungsdämpfer 7 ist zwischen den randseitigen
Werkzeugaufnahmen 6 vorgesehen, und kann so für
eine kreisringförmige Reibfläche 8 sorgen,
die insbesondere an die Werkzeugaufnahmen 6 anschließt,
um damit eine gleichmäßige Reibungsdämpfung
auf den Werkzeughalter 2 aufbringen zu können.
Außerdem kann so die Reibfläche 8 in
Bereichen des Werkzeughalters 2 mit erhöhten Schwingungsamplituden
vorgesehen werden, was für eine schnellere und verbesserte
Reibungsdämpfung insbesondere im Bereich der Werkzeugaufnahmen 6 bzw.
des Werkzeugs 4 sorgen kann.
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Der
Reibungsdämpfer 7 ist am Werkzeughalter 2 über
mittige Befestigungsmittel 9 befestigt. Die Befestigungsmittel 9 weisen
Verbindungsschrauben 10 auf, mit denen der Reibungsdämpfer 7 am
Werkzeughalter 2 festgehalten werden kann. Um die Flächenpressung
zwischen Reibungsdämpfer 7 und Werkzeughalter 2 einstellen
zu können, sind entgegen der Anzugkraft der Verbindungsschrauben 10 wirkende
Anschläge 11 vorgesehen. Die Anschläge 11 werden
von im Reibungsdämpfer 7 geführte Gewindestangen 12 ausgebildet,
in dem sich diese am Werkzeughalter 2 abstützen
und in eine Freistellung 13 zwischen Reibungsdämpfer 7 und
Werkzeughalter 2 ragen.
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Zum
Schutz gegenüber Verschmutzungen der Reibungsfläche 8 bzw.
der Freistellung 13 sind zwischen Reibungsdämpfer 7 und
Werkzeughalter 2 Dichtungen 14 vorgesehen. Außerdem
ragt der Reibungsdämpfer 7 in den Werkzeughalter 2 mit
stirnseitigem Spiel 15, um eine Bewegungsfreiheit des Reibungsdämpfers 7 gegenüber
dem Werkzeughalter 2 zu ermöglichen.
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Eine
weitere Ausführungsform wird nach 3 gezeigt.
Zum Unterschied zur Ausführungsform nach 1 und 2 weist
hier der Reibungsdämpfer 7 eine Ausnehmung 16 auf,
die dafür sorgen kann, dass die Flächenpressung
einfacher eingestellt werden kann. Die Ausnehmung 16 kann
beispielsweise in Form eines umlaufenden axialen Einstichs verlaufen
oder jegliche andere geometrische Modifikation am Reibungsdämpfer 7 darstellen.
Zur einfacheren Einstellung der Flächenpressung kann, wenngleich
alternativ zur Ausnehmung 16, auch eine Feder 17 beitragen,
die zwischen der Verbindungsschraube 10 und dem Reibungsdämpfer 7 angeordnet
ist. Vorstellbar ist auch eine die Gewindestangen 12 umfassende
Feder vorzusehen, wobei die Gewindestange 12 keinen Anschlag 11 bildet
sondern lediglich zur Führung der Feder dient, was jedoch
nicht näher dargestellt ist. Diese Feder kann so in der
Freistellung 13 zwischen dem Reibungsdämpfer 7 und dem
Werkzeughalter 2 für eine Verspannung sorgen. Mit
diesen Maßnahmen ist es beispielsweise möglich,
die Einstellung der Flächenpressung entlang einer flachen
Kraft-Verschiebungslinie vornehmen zu können. Die Befestigungsmittel
wirken daher mit mindestens einer Ausnehmung 16 am Reibungsdämpfer 7 und/oder
wenigstens einer Feder 17 zwischen Reibungsdämpfer 7 und
Werkzeughalter 2 zur einfacheren Einstellung der Flächenpressung
zusammen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0101839
A1 [0003]